Реферат
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Основные определения и обозначения 6
2 Обзор 7
2.1 Области применения манипуляторов 7
2.2 Виды манипуляторов 7
2.3 Принципы работы манипуляторов 8
2.4 Способы управления манипуляторами 9
3 Разработка алгоритма управления 12
3.1 Выбор датчиков 12
3.2 Выбор управляющего модуля 12
3.3 Принцип работы акселерометра 14
3.4 Обработка данных акселерометра 15
3.5 Алгоритм получения углов наклона фаланг пальца 17
4 Разработка конструкции манипулятора 21
4.1 Первый макет 21
4.2 Выбор программы 3D моделирования 21
4.3 Второй макет 23
4.4 Третий макет 23
4.5 Реализованные программы 24
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 26
ПРИЛОЖЕНИЕ А - реализация алгоритма в среде SMath Studio 27
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - код программы для микроконтроллера STM32F407VG 28
Мы не часто слышим слово «манипулятор» в обиходе, но, когда оно возникает - мы сразу же представляем громоздкое оборудование фабрик, совершающее работы, слишком тяжелые для человека. На самом деле понятие «манипулятор» гораздо более обширно - механические манипуляторы используются в самых разных сферах человеческой деятельности, начиная от автоматов с игрушками и заканчивая щупальцами шаттлов. Они помогают людям выполнять работу быстрее, точнее и качественнее, при этом нивелируя ошибки, которые могут быть вызваны «человеческим фактором». Так, например, в медицине механические манипуляторы используются для дистанционного проведения операций, а военные и специальные подразделения полиции могут использовать манипуляторы для безопасного, дистанционного обезвреживания бомб. Манипуляторы очень распространены в промышленности. Они используются на линиях сборки, покраски и проверки конечной продукции.
Данная работа касается создания механического манипулятора, по внешнему виду и функционалу соответствующего реальной человеческой руке. В процессе его создания будут отрабатываться как механизм манипулятора, так и электроника, и алгоритмы управления им. Впоследствии эти знания можно будет применить для создания протезов рук с электронным управлением или экзоскелетов.
Основой управления частями механической «руки» является задание углов наклона её элементов относительно друг друга. Планируется, что манипулятор будет управляться дистанционно с помощью перчатки с закрепленными на ней датчиками. Для управления манипулятором необходим человек-оператор, на руку которого надевается перчатка. Данная работа направлена на создание системы управления одного пальца манипулятора с использованием одного акселерометра. Подобная минимизация количества датчиков позволит снизить стоимость и упростить конструкцию манипулятора.
В результате данной работы был создан алгоритм для управления пальцем антропоморфного манипулятора. Алгоритм не привязан к определенным аппаратным компонентам, а потому с различными наборами микроконтроллер-датчики можно добиться разной точности работы. Были выполнены реализации алгоритма в программе математического моделирования SMath и микроконтроллере STM32F407VG, а также проведено сравнение результатов. Отличие не превышает 1%.
Были разработаны различные варианты конструктивного исполнения пальца манипулятора. Финальный тестовый макет изготовлен с применением технологии 3D печати. В качестве приводов использовались сервомоторы, что, в силу особенностей работы данного типа приводов, позволяет производить проверку точности работы алгоритма на данном макете.
Также было выявлено, что акселерометр имеет шумы, что приводит к накоплению погрешности. Этот факт в дальнейшем потребует реализацию алгоритмов цифровой фильтрации в микроконтроллере. Вычислительные мощности применяемого нами микроконтроллера позволяют реализовывать цифровой фильтр с частотой дискретизации до 140 кГц (для фильтров 5-го порядка) и выше (для фильтров с меньшим порядком).
